3. Современные представления о возникновении жизни на Земле

По современным упрощенным модельным представлениям Земля образовалась из рассеянного газопылевого облака в результате гравитационной конденсации отдельных частиц, которые притягивались друг к другу, укрупнялись и объединялись в небесное тело.

Под действием сил сжатия и теплоты распада радиоактивных элементов происходил разогрев ее глубоких слоев и разделение вещества Земли на несколько сфер образовались центральное ядро, мантия, земная кора. С помощью радиоизотопного анализа установлено, что наиболее древние породы земной коры возникли 3,4—3,8 млрд лет назад. Процесс формирования земной коры, по оценкам ученых, длился около 1 млрд лет, так что возраст Земли составляет примерно 4,5 млрд лет.

Определение абсолютного возраста горных пород, следов человеческой цивилизации и в целом Земли может осуществляться методом изотопной хронологии, учитывающей накопление в изучаемом объекте продуктов распада радионуклидов. Изотопная хронология учитывает, что радиоактивный распад каждого радионуклида идет с постоянной скоростью и приводит к накоплению стабильных нуклидов, содержание D которых связано с возрастом исследуемого объекта.

По мере остывания планеты тяжелые элементы перемещались к ее центру, а более легкие оставались на поверхности. Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений (Н2О, СН4, NH3, HCN) и поэтому носила восстановительный характер. Это обстоятельство послужило важной предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. Соединения, являющиеся восстановителями, легко вступают в химические реакции, отдавая водород, и при этом сами окисляются. Компоненты атмосферы подвергались воздействию различных видов энергии: радиоактивному, рентгеновскому, коротковолновому излучению Солнца, грозовым разрядам, действию высокой температуры и др.

В результате этих воздействий химически простые компоненты атмосферы вступали во взаимодействие, изменяясь и усложняясь. Возникли молекулы Сахаров, аминокислот, азотистые основания, органические кислоты и другие простые органические соединения.

Важное свойство образующихся органических молекул способность объединяться, создавая капельки более концентрированного раствора, чем окружающая среда. Такие концентрированные капельки коацерваты способны поглощать из окружающего раствора различные вещества, увеличиваясь при этом в размерах. Это уже отдаленно похоже на процессы питания и роста организмов. Опытным путем установлено, что коацерватные капли взаимодействуют между собой, вещества капель вступают в реакции, а некоторые продукты реакций выделяются из коацервата во внешнюю среду. Это напоминает известный биологический процесс обмена веществ.

В настоящее время определена основная совокупность характеристик, позволяющих отнести обьект к живому организму:

- общность биогенных химических элементов (Н, С, О, Р, N, S), из которых построены биоорганические соединения: белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты;

- поглощение из внешней среды необходимых для жизнедеятельности веществ, извлечение из них энергии и выделение продуктов распада;

- способность к самовоспроизведению (наследственность);

- изменчивость;

- способность к саморегуляции (поддержание постоянства химического состава);

- клеточное строение;

- раздражимость;

- системность и дискретность (живые системы состоят из отдельных (дискретных) взаимодействующих элементов);

- иерархичность структурной организации: менее сложные уровни являются необходимой основой для возникновения более сложных уровней организации живой материи.

Первые живые организмы в качестве источника энергии (пищи) использовали органические соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана. Поскольку в атмосфере Земли свободного кислорода не было, организмы имели анаэробный (бескислородный) тип обмена, эффективность которого невелика. Энергию, необходимую для синтеза, они получали путем химических реакций окисления и восстановления (хемосинтез). Появление все большего количества анаэробных организмов приводило к истощению вод первичного океана, в нем все меньше оставалось готовых органических веществ, которые можно было использовать в пищу. В этих условиях в преимущественном положении оказались организмы, приобретшие способность использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических, а именно из диоксида углерода СО2 и молекулярного азота N2 атмосферы. Но СО2 и N2 в атмосфере находятся в инертном окисленном состоянии, а для того, чтобы они были способны участвовать в химических реакциях, их надо восстановить, то есть передать им электроны от других соединений.

Дальнейшим и особенно крупным усовершенствованием жизни стал кислородный фотосинтез. В результате появился свободный кислород, сначала в воде, а потом и в атмосфере, что привело к ее качественному изменению, в частности к появлению озонового слоя.

Постепенное увеличение количества кислорода в воде, его диффузия в атмосферу начались около 2 млрд лет назад. Это сделало возможным быстрое развитие клеток структурных единиц всех живых организмов вне зависимости от уровня их организации. Появление клетки в свою очередь привело к эволюции более крупных и сложных живых организмов: растений, животных, человека.

Естественно, что рассмотренная «классическая» модель возникновения жизни на Земле не является безусловной, а тем более безальтернативной.

В частности, согласно современной теории космических катастроф, Земле пришлось пережить ряд столкновений с астероидами, при которых жизнь на ней уничтожалась в результате возникновения высоких температур (до 300 °С), несовместимых с биологической точки зрения с процессом жизнедеятельности. Однако при этих условиях могут выжить некоторые термостойкие микроорганизмы (например, бактерии в глубине грунта). После таких космических ударов Земля постепенно остывала и начинался новый эволюционный этап развития жизни.

С другой стороны, взрывы «близлежащих» к Земле сверхновых звезд способны уничтожить или сдуть большую часть озонового слоя, и тогда на все живое обрушится поток ионизирующего излучения, что также может привести к уничтожению жизни на Земле.

В начале 80х годов прошлого века в пробах высотных метеозондов на высоте около 20 км обнаружены микроорганизмы, не встречающиеся на Земле. Возможность жизнедеятельности этих микроорганизмов можно объяснить наличием защитной оболочки, оберегающей их от губительного действия ионизирующего солнечного излучения. В ходе последующих космических испытаний на станции «Мир» установлено, что наиболее устойчивыми из земных бактерий являются сенные палочки, которые в комочках грунта выживали при действии электромагнитного излучения в открытом космосе, а бактерии, лишенные этой защитной оболочки, погибали. Если «защищенные» споры способны перемещаться как минимум по Солнечной системе, то, следовательно, не исключен механизм космического начала жизни на Земле.

Заключение

Из того, что мы знаем о происхождении жизни на Земле ясно, что процесс возникновения живых организмов из простых органических соединений был крайне длительным. Чтобы на Земле зародилась жизнь, понадобился длившийся много миллионов лет эволюционный процесс, в течение которого сложные молекулярные структуры, прежде всего, нуклеиновые кислоты и белки, прошли отбор на устойчивость, на способность к воспроизведению себе подобных.

Жизнь как особая форма существования материи характеризуется двумя отличительными свойствами – самовоспроизведением, и обменом веществ с окружающей средой.

На свойствах саморепродукции и обмена веществ строятся все современные гипотезы возникновения жизни.

Экспериментально удалось установить основные этапы, по которым могла возникнуть жизнь на Земле: синтез простых органических соединений, синтез полимеров, близких к нуклеиновым кислотам и белкам, образование первичных живых организмов (протобионтов).

Собственно биологическая эволюция начинается с образования клеточной организации и в дальнейшем идёт по пути совершенствования строения и функций клетки, образования многоклеточной организации, разделения живого на царства растений, животных, грибов, с последующей их дифференциацией на виды.

Теория эволюции даёт возможность понять стратегию взаимоотношения человека и окружающей живой природы, позволяет ставить вопрос о разработке принципов управляемой эволюции.

Отдельные элементы такой управляемой эволюции просматриваются уже сегодня, например, в попытках непростого промыслового использования, а хозяйственного управления эволюцией отдельных видов животных и растений.

Изучение процессов эволюции важно для охраны окружающей среды. Человек, вторгаясь в природу, ещё не научился предвидеть и предупреждать нежелательные последствия своего вмешательства.

Ещё В. И. Вернадский верил в силу человеческого разума, в то, что всё активнее вторгаясь в природные эволюционные процессы, он сумеет направить эволюцию живого таким образом, чтобы сделать планету ещё прекраснее и богаче.

Сегодня, эволюционная теория позволяет интегрировать достижения всех биологических дисциплин (определяя направления каждой из них), завтра – станет основой оптимальной стратегии взаимоотношения развивающегося человечества и Земли.

Литература

1. А.В. Яблоков, Юсуфов А. Г. Эволюционное учение (Дарвинизм). М, «Высшая школа», 1989 г.

2. А.Б. Георгиевский . Дарвинизм. М., «Просвещение», 1985г.

3. Е.А. Веселов. Дарвинизм. Государственное учебно–педагогическое издательство министерства просвещения; М, 1965 г.

4. О.В. Агапова, В. И. Агапов Лекции по концепциям современного естествознания. Вузовский курс. Рязань, 2000 г.

5. А.А. Горелов Концепции современного естествознания М., Мысль, 1997 г.

6. Концепции современного естествознания. Серия «Учебники и учебные пособия». Ростов н Д, 1997 г.

7. Н.Н. Иорданский Эволюция органического мира. М., Владос, 2002 г.

8. В.И. Вернадский Начало и вечность жизни. М., Республика, 1989 г.

9. А.И. Опарин Жизнь, её природа, происхождение и развитие. М., «Просвещение», 1962 г.

10. Советский Энциклопедический Словарь. М., Советская энциклопедия, 1982 г.

11. С.Х. Карпенков Концепция современного естествознания М., «Высшая школа», 2000г.

12. Т.Я. Дубнищева Концепция современного естествознания, М., «Высшая школа», 2000г.